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    公开号:WO1984001199A1
    申请号:PCT/CH1983/000101
    申请日:1983-09-05
    公开日:1984-03-29
    发明作者:Georg Hirmann
    申请人:Georg Hirmann；
    IPC主号:F16H31-00
    专利说明:
    [0001] Druckmittelbetriebene Antriebsvorrichtung
    [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckmittelbe¬ triebene Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer Rela¬ tivbewegung inform einer fortschreitenden _ gradlinigen, ebenen oder räumlichen Schwenk- bzw. Drehbewegung eines angetriebenen Elementes, mittels mindestens eines Hub¬ elementes.
    [0003] Stand der Technik
    [0004] Es ist eine druckmediumbetriebene Linear-Antriebsvorrich- tung zur Erzeugung einer Relativverschiebung zwischen einer schlittenförmigen Antriebseinheit und einer Kurvenprofil- Schubleiste bekannt. Dabei weist die Antriebseinheit eine Mehrzahl vom Druckmedium betätigbare, Schrittelemente bil¬ dende Kolben-Zylinder-Systeme auf, deren Kolben sich am Profil der Schubleiste abstützen und deren Zylinder je über Steuerventilmittel mit der Druckmediumsquelle ver¬ bunden sind, wobei die Schrittelemente je mit einerseits an den Kolben der Schrittelemente, andererseits am Schlit¬ tengehäuse angelenkten Hebelmitteln sich selbst zentrieren- de Schubgelenkantriebselemente bilden.
    [0005] Diese Vorrichtung kann nur Anwendung finden, wenn der an¬ getriebene Gegenstand eine formschlüssige Verbindung mit dem Antrieb erlaubt. Dies stellt eine sehr einschränkende und kostspielige Bedingung für die äussere Form dieses Gegenstandes dar. .Darstellung der Erfindung
    [0006] Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer An¬ triebsvorrichtung, welche dieser Einschränkung nicht be- " darf und eine kraftschlüssige Verbindung ermöglicht.
    [0007] Die erfindungsgemässe druckmittelbetriebene Antriebsvor¬ richtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Hub¬ element und dem angetriebenen Element mindestens ein Teil 0 angeordnet ist, welcher unter dem Einfluss eines Hubelemen¬ tes eine schrittweise hin- und hergehende Bewegung ausführt, um in der belasteten Schrittrichtung das angetriebene Ele¬ ment schrittweise über einen Kraftschluss vorwärtszuschie¬ ben. 5
    [0008] Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    [0009] Der Erfindungsgegenstand wird anschliessend anhand von
    [0010] Figuren erläutert.
    [0011] 0 Es zeigen:
    [0012] Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung mit simultan aufblasbe- ren, balgartigen Kraftzellen für Kurzhub,
    [0013] 5 Fig. 2 eine Druckplatte mit einer Oeffnung für die Auf¬ nahme einer Rolle für die Vorrichtung nach Fig.1,
    [0014] Fig. 3 die Druckplatte mit montierter Druckrolle von oben,
    [0015] 0 Fig. 4 ein Antriebselement mit bügeiförmigem Ansatz, - 3 -
    [0016] Fig. 5 den Antrieb eines keilförmigen Teiles,
    [0017] Fig. 6 einen Schubantrieb für kontinuierlichen Vorschub,
    [0018] Fig. 7 einen Doppelkeil für einen Keilschubantrieb,
    [0019] Fig. 8 einen Kurvenscheibenan rieb,
    [0020] Fig. 9 einen Keilschubantrieb zur Erzeugung eines Dreh- momentes,
    [0021] Fig. 10 ein Antriebselement mit Führungsstiften,
    [0022] Fig. 11 eine Planar-Anordnung von mehreren Antriebs- elementen,
    [0023] Fig. 12 eine quaderförmige Kraftzelle,
    [0024] Fig. 13 die interne Führung einer membranen- oder balgartigen Kraftzelle,
    [0025] Fig. 14 eine zur Keilebene parallel liegende Zelle mit Nadellagerung, im Längsschnitt,
    [0026] Fig. 15 eine Antriebsvorrichtung mit zangenartig angeord- " neten Klemmteilen. - 4 -
    [0027] Beschreibung der Einzelfiguren
    [0028] Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit 10 mit durch eine Lei¬ tung 11 in einem Basisteil 12 simultan aufblasbaren balg¬ artigen Kraftzellen 13, 14 und einer auf diesen abge- stützte Platte 15. Eine reibungsarm, z.B. Kugellager-Rollen- * flachlager gelagerte Kurvenrolle 16 überträgt Kraft der über die Leitung 11 mit pneumatischem oder hydraulischem Druckmedium gefüllten Kraftzellen auf einen angetriebenen Zwischenteil 17, z.B. ein Keil. Das Zusammenhalten der einzelnen Teile kann bei kleinen Dimensionen durch dop¬ pelseitig klebende Folien an den stets abgeflacht blei¬ benden Berührungsflächen 18, 19, 20, 21 der Kraftzellen erfolgen. Wenn die beiden Kraftzellen 13 und 14 über die Leitung 11 mit einem Druckmedium, z.B. Druckluft, gespie- sen werden, üben die Zellen je eine Kraft auf die Plat¬ te 15 aus. Dies ergibt in der Achse 28 eine angreifende Re¬ sultierende Ko = 2*κ„1.
    [0029] Beträgt die Neigung der Fläche des Teils 17 an der Auflage- stelle der Kurvenrolle 16 zur Horizontalen α°, und wird
    [0030] K in die beiden Komponenten N und S zerlegt, so ist
    [0031] N = K*o -cos ; S = <o-sin .
    [0032] Da der Teil 17 analog dem Keil 40 in Fig. 5 auf einer Hori- zontalebene gleitet, wird für dessen Verschiebung nur die Komponente H wirksam.
    [0033] K
    [0034] Es ist H = S-cos = o-sin α«cos = — 2 ♦sin 2 .
    [0035] Durch eine tiefe Lagerung der Kurvenrolle 16, d.h. geringem Abstand von der Auflageebene der beiden Kraftzellen 13, 14 wird ein Kippen der Platte 15 verhütet. -Die Fig. 2 und 3 zeigen Details einer Platte 25 mit einer Oeffnung 26 für eine Rolle 27, in Form eines Rollenlagers, welche hier eine bereits eingepasste und beidseitig vor¬ stehende Achse 28 trägt. Auf ein geringes Untermass ver- engte Stellen 29, 30 der Plattenöffnung bewirken das Klem¬ men eines Rolleninnenringes 31 , wodurch Platte und Rolle nach dem Zusammenfügen eine Einheit bilden. Die dargestell¬ te Ausführung zeigt die Möglichkeit, mit welch geringem Aufwand bei kleinen Dimensionen - z.B. für Stell- und Steue bewegungen - solche Antriebsleementehergestellt werden können.
    [0036] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante des Antriebselementes ähnlich der Ausführung gemäss Fig. 1 , mit einem bügelför- migen Ansatz 35, einer Druckplatte 36, welche es ermög¬ licht, eine gegen zwei Kraftzellen 37, 38 wirkende Feder 39 für die Rückstellung einzubauen. Es ist ebenfalls mög¬ lich, auf ähnliche Art eine Kraftzelle für Rückstellung, einen Signalgeber für die Rückmeldung der Hubbewegung oder eine Steuereinrichtung zur Folgesteuerung von anderen
    [0037] Antriebselementen vorzusehen. Ferner sind zwei Rollen an¬ gedeutet, welche das Abstützen der Reaktionskräfte oder auch eine selbstfahrende Ausführung ermöglichen.
    [0038] Fig. 5 zeigt den Antrieb eines Keils 40, betätigt durch ein Antriebselement 41. Durch die Anpresskraft einer Rolle 42 entsteht am Keil 40 eine, dessen Neigung entsprechende Schubkraft 43. Die Grosse dieser Kraft ist bezüglich Fig.1 berechnet. Durch die haftende Auflage bzw. den Kraft- schluss des Keiles 40 an einer Schubstange 44 wird die gleiche Schubkraft auf die Schubstange übertragen und die¬ se dem Hub der Rolle und dem Keilwinkel entsprechend, ver¬ schoben. Bei der Entspannung der beiden Kraftzellen wird der Keil 40 durch eine Feder 45 in die der Richtung 43 entgegengesetzte Richtung in seine Ausgangsläge zurückge¬ führt. Eine solche Einrichtung kann eine Schubstange mit glatter Oberfläche über Reibungsschluss des Keiles schritt¬ weise verschieben oder sich an einer feststehenden, gera¬ den oder eben bzw. räumlich gekrümmten Stange fortbewegen.
    [0039] Fig. 6 zeigt einen der Fig. 5 ähnlichen Schubantrieb für einen kontinuierlichen Vorschub. Zwei Antriebselemente 50 und 51 sind mit je einem angebauten und verschiebba¬ ren Keil 52 bzw. 53 versehen. Diese beiden Keile haften während der Betätigungszeit der einzelnen Antriebselemen¬ te an der Oberfläche der Schubstange 55 durch Kraftschluss und verschieben diese abwechselnd. In den Entspannungs¬ phasen werden die Keile 52 bzw. 53 durch Federn 54 und 56 in ihre Ausgangslagen zurückgeschoben. Diese Vor- Schubelemente mit dem bewegten Keil können durch abwech¬ selnde pneumatische Einzelimpulse oder über Ventile ge¬ steuert werden. Eine kontinuierliche Steuerung ermög¬ licht beispielsweise eine Drehschiebersteuerung 58, ange¬ trieben von einem Reibrad 59, wie dies schematisch ange- deutet ist.
    [0040] Fig. 7 zeigt einen Keil 60 eines Keilschubantriebes ana¬ lag demjenigen gemäss den Fig. 5 oder 6, jedoch für um¬ stellbare Schubrichtungen 61, 62. Dies kann durch die üm- Stellung einer bistabilen Federung erfolgen (nicht dar¬ gestellt) . Der grösstmögliche Winkel der Keilfläche 63, welche" eben oder gebogen sein kann, wird durch die Grosse des Reibungskoeffizienten zwischen Schubstange und Keil¬ auflagefläche bestimmt, zu dessen Erhöhung notwendiger¬ weise ein Reibbelag üblicher Art verwendet werden kann.
    [0041] Alle vorgehend dargestellten Antriebselemente können für geradlinige und ebene oder räumliche Schwenk- und Drehan¬ triebe verwendet werden. Die Impulsbetätigung der Antriebs¬ elemente ermöglicht einen Schrittantrieb. Alle diese Be¬ wegungen sind als Relativbewegungen zu betrachten.
    [0042] Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung einen Kurven- scheibenantrieb 65 für eine kontinuierliche Drehung in einer Drehrichtung mit einer Antriebskurve 66 > 180° und einer Rücklaufkurve 67 <180°. Eine solche ungleiche Tei- l ng der Kurventeile, welche eine kontinuierliche Drehung ermöglicht, kann auch mehrfach angewendet werden, wodurch sich die Drehzahl bzw. Schrittzahl pro Umdrehung ändert.
    [0043] Fig. 9 zeigt einen Keilschubantrieb 70, ähnlich demjeni- gen der Fig. 5, 6 oder 7, zur Erzeugung eines Drehmomen¬ tes, beispielsweise für den Antrieb von Bahn-Drehschei¬ ben oder bei Rührwerken in Kläranlagen. Eine Sperrklinke 71 verhindert eine Rückbewegung.
    [0044] Fig. 10 zeigt ein Antriebselement, mit einem, beispiels¬ weise" aus Blech gepressten Basisteil 73, der mit Füh¬ rungsstiften 74 und 75 versehen ist. An diesen wird ein, beispielsweise vulkanisierter oder hochfrequenzgeschweiss- ter, Kraftzellenteil mit zwei Kraftzellen 76, 77, Zuführ- kanälen 78, einem Anschluss 79 sowie einem Druckplatten¬ teil 80 geführt. - 8 -
    [0045] ,Für eine ebene Anordnung von mehreren Antriebselementen zum Antrieb von axial angeordneten Kurvenbahnen, können die Funktionsteile der Funktionsebenen, wie Basisteil, Kraftzellen und Druckplatten zusammengefasst werden. Bei- spiel einer Mehrfachdruckplatte 82 mit radialen und mög¬ licherweise auch federnden Verbindungen zeigt Fig. 11.
    [0046] Damit sowohl die Tangentialkräfte als auch die Schubkräfte einen Antrieb grundsätzlich nur von der Kraftzelle selbst übernommen werden, wählt man für die Kraftzelle (Fig. 12) mit Vorteil eine Membranen- oder Balgform, welche zur Rich¬ tung der Schubkräfte 85 und 86 parallel liegende und minde¬ stens annähernd zylindrische Seitenwände 87 aufweist. Sol¬ che Eigenschaften haben beispielsweise Kraftzellen mit rechteckiger Form, welche die an den Befestigungsflächen entstehenden Schubkräfte 85, 86 als Schubspannung 88, 89 in der Folienwand aufnehmen.
    [0047] Insofern eine ausreichende Dimensionierung der Folienwand für eine solche Selbstführung nicht möglich ist oder auch im drucklosen Zustand eine Führung erforderlich ist, müs¬ sen externe Führungsteile, beispielsweise Kulisse oder eine andere Führungsart, vorgesehen werden.
    [0048] Die interne Führung einer membranen- oder balgartigen Kraft¬ zelle, wie beispielsweise Fig. 13 zeigt, kann durch eine zwischen den haftenden Wänden 90 und 91 diagonal befestig¬ te, elastische, federnde oder gelenkige Verbindung 92 aus ähnlichem oder etwas elastischerem Material ausgebil- det werden. Bei ausreichender Dehnbarkeit des diagonalen - 9 -
    [0049] Verbindungsteiles und bei verhältnis ässig geringer Hub- h'öhe, z.B. 1/10 der schmäleren Seite, kann auch ein in der entgegengesetzten Richtung wirkender Verbindungsteil 93 zusätzlich eingebaut werden. Es ist ebenfalls möglich, mechanische Führungsteile 13, wie einen Zentrierbolzen, in die Kraftzelle einzubauen.
    [0050] Fig. 14 zeigt in schematischer Darstellung einen Längs¬ schnitt durch eine Antriebsvorrichtung 95. Diese weist ein Gehäuse 96 mit einem Deckel 97 auf, wobei das Gehäu¬ se 96 eine innere, schräge Auflage 99 hat, auf der eine Kraftzelle 101, z.B. durch Kleben, befestigt ist. Ueber einen Druckluftanschluss 100 wird der Kraftzelle 101 das Arbeitsmedium zugeführt. Auf der Kraftzelle 101 lagert eine Platte 103, welche den Aussenteil eines Flachnadelkä¬ figlagers 105 bildet, welches Lager 105 im übrigen in einem Schiebekeil 106, wie ersichtlich, untergebracht ist. Der Schiebekeil 109 ist mit einer Rückstellfeder 108 versehen und mit einer Verschiebefläche 110, welche eine entsprechen- de "Rauhigkeit" bzw. Haftfähigkeit aufweist, um kraftschlüs¬ sig den zu fördernden Gegenstand, im vorliegerden Falle eine Stan¬ ge 115 bzw. bei entsprechender Querausdehnung eine Platte, zu erfassen. Gegenüber der Haftfläche bzw. Verschiebefläche 110 befinden sich zwei Rollen 112 und 113, welche dreh- bar im Deckel 97 gelagert sind.
    [0051] Wenn die Kraftzelle 101 mit Druckluft durch den Anschluss 100 versorgt wird, übt sie auf den Schiebekeil 106 eine zu dessen Schrägfläche senkrecht verlaufende Kraft < aus, deren Komponente H = κ-sin«P den Schiebekeil 106 in Fig.14 nach links verschiebt und durch die Normalkomponente - 10 -
    [0052] N = K-cos« kraftschlüssig die Stange bzw. Platte 115 er- ' fasst. Durch diese Schiebebewegung wird die Stange 115 schrittweise nach links bewegt, da nach dem Druckloswer¬ den der Kraftzelle 101 die Rückstellfeder 108 den Schie- bekeil 106 in seine rechte Ausgangslage zurückschiebt.
    [0053] Wenn mehrere derartige AntriebsVorrichtungen 95 hinterein¬ ander geschaltet werden, so ist mit entsprechender Steue¬ rung ein kontinuierliches Verschieben der Stange bzw. der Platte 115 möglich.
    [0054] Fig. 15 zeigt eine etwas andere Ausführung einer Antriebs¬ vorrichtung 120 in der Darstellung analog Fig. 14. Auf einem Gehäuse 122 sitzt ein Deckel 123. Das Gehäuse 122 hat eine innere Schrägfläche 125, 126 sowie eine Vertie¬ fung 127. Die Kraftzelle 128 weist eine dieser Vertie¬ fung entsprechende Ausnehmung auf. Auf dieser Schrägflä¬ che lagert sehr tief - infolge der Ausnehmung - eine ent¬ sprechend geformte Platte 130, welche der Aufnahme einer Schubrolle 131 dient. Diese kann bei entsprechender Brei¬ te der Antriebsvorrichtung 120 als Walze ausgebildet sein. Ein Schiebekeil 133 hat eine Keilschrägfläche 135, welche mit der Schubrolle 131 in Berührungsverbindung steht. Der Schiebekeil 133 ist mit einer Rückstellfeder 137 ausge- rüstet, welche den Keil nach seinem Arbeitsgang in die Ausgangsläge zurückdrückt.
    [0055] Dem Schiebekeil 133 gegenüber liegt eine Schublagerplat¬ te 140, welche auf zwei Rollen 141 und 142 bzw. Walzen verschiebbar gelagert und mit einer Rückstellfeder 144 versehen ist. Das Fördergut ist eine Stange 145 bzw. eine entsprechende Platte oder aber ganz allgemein zugfeste bzw. zugsteife Körper, wie Drähte, Seile, Folien u.dgl. - 1 1 -
    [0056] Im Gegensatz zur Arbeitsweise der Antriebsvorrichtung ge¬ mäss Fig. 14 wird hier das Fördergut in Form der Stange 145 zangenartig vom Schiebekeil 133 auf der einen Seite und von der Schublagerplatte 140 auf der anderen Seite erfasst. Auf diese Weise wird die kraftschliessende Ver¬ schiebefläche der Antriebsvorrichtung entsprechend ver- grössert. Diese Vorrichtung ist ganz besonders befähigt, Gegenstände, welche auf Druck nicht beanspruchbar sind, zu fördern bzw. sich längs diesen zu bewegen, wie dies bei Drähten, Seilen, Kabeln etc. der Fall ist. Die Keil¬ lagerung kann auch gemäss Fig. 14 ausgeführt sein.
    [0057] Diese Vorrichtungen sind für beliebige Formen von Gut ge¬ eignet, welche in einer Dimension formsteif sind. Sie kön- nen auch als sog. Kletteraffen u.dgl. verwendet werden.
    [0058] Mit einer derartigen Vorrichtung ist es ferner möglich, eine elektrische Impulsform, z.B. rechteckig, sinusför¬ mig etc. , in eine entsprechende mechanische Impulsgebung um"zuwandeIn.
    [0059] Anstelle von Wälzlagern können auch selbstschmierende Gleitlager verwendet werden. Alle diese Hinweise und Dar¬ stellungen sind erfindungswesentlich.
    [0060] Die Darstellungen von Fig. 14 und 15 zeigen Ausführungs¬ beispiele, bei denen durch Senkrechthebung zur Keilfläche der Krafterzeuger, diese grundsätzlich keine Scherbean¬ spruchung tragen müssen, weshalb sie auch die Anwendung von Rollmembranen oder anderen Krafterzeuger-Elementen mit geringerer Selbstführung ermöglichen.
    权利要求:
    Claims
    Patentansprüche:
    ' 1. Druckmittelbetriebene Antriebsvorrichtung zur Erzeu¬ gung einer Relativbewegung infor einer fortschrei¬ tenden, gradlinigen, ebenen oder räumlichen Schwenk¬ bzw. Drehbewegung eines eingetriebenen Elementes, mit- tels mindestens eines Hubelementes, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hubelement (13, 14) und dem angetriebenen Element mindestens ein Teil (17) angeordnet ist, wel¬ cher unter dem Einfluss des Hubelementes (13, 14) eine schrittweise hin- und hergehende Bewegung aus¬ führt, um in der belasteten Schrittrichtung das an¬ getriebene Element schrittweise über einen Kraft¬ schluss vorwärtszuschieben.
    2. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise federbelastete, Keile (52, 53) angeordnet sind, welche eine kontinuierliche Vorwärts- bewegung des angetriebenen Elementes (55) ermöglichen.
    3. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei simultan ansteuerbare Kraftzellen
    (13, 14), welche gemeinsam eine Antriebsplatte (15) bewegen. - 1 3 -
    4. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach' mindestens einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch einen schrittweise mit der Antriebsvorrichtung (41, 5 42) formschlüssig und mit einer Schubstange (44) oder einem feststehenden Teil reibungsschlüssig .funktionsverbundenen und bewegten Keil (40). (Fig.5, 6, 7, 9)
    105. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen symmetrisch ausgebildeten Keil (60) , dessen Verschiebung eine Richtungsänderung des Schubes 15 bewirkt. (Fig. 7)
    6. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 0 die Kraftzelle (87) membran- oder balgartig ausgebildet ist. (Fig. 12, 13)
    7. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, 5 gekennzeichnet durch mindestens eine an der elastischen Kraftzelle (13, 14) haftende und schwebende Druckplatte (15). (Fig.1)
    8. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens 0 einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Antriebsrolle (16) an der schwebenden Druckplatte
    (15)..(Fig. 1 - 9)
    OMPI - 1 4 -
    -9. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch einen, mindestens zweischichtigen Membranenteil. '5 (Fig. 10)
    10. Antriebsvorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch 10 eine in Längsrichtung diagonal kunststoffelastisch verstärkte Membran. (Fig. 13)
    11. Antriebsvorrichtung., vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftzelle parallel zur Keilfläche angeordnet ist. (Fig. 14, 15)
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    GB8412446A| GB2138506B|1982-09-17|1983-09-05|Motor mechanism driven by a pressure device|
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